教育游戏研究的进展综述

单诚 邱相彬 李芮

关键词：教育游戏；新兴技术；游戏设计；综述

0 引言

教育游戏是为了达到教育目的，利用互联网或智能工具，借助游戏的手段，融合教育学科知识，提升学习者的认知和情感体验。越来越多研究者希望能够将游戏的娱乐性整合到教育中。教育游戏在学生学习动机的激发、认知能力发展的促进[1]、课堂参与的提升[2]以及21世纪核心素养的培养[3-4]等方面得到了諸多研究者的认同。现如今，在传统教育中使用教育游戏或添加游戏化元素、结合新兴科技制作教育游戏以及将教育游戏运用到非正式学习中已经成为其发展趋势。

尽管教育游戏在近十几年来广受国内学者关注，但它在教育领域的推行和实施并不尽如人意[5]。这说明，国内对教育游戏的研究与应用仍旧有所欠缺。因此，本文聚焦教育游戏与基础教育领域，对过去五年国内教育游戏的研究现状和发展趋势进行梳理和论述，综合国内已有研究的经验，促进教育游戏在我国教育领域的应用进程。综上所述，对近年来教育游戏在国内的发展与研究进行文献综述是十分必要的。

1 研究方法

本文选取中国知网数据库进行检索。在检索时使用“高级检索”选项，检索词为“游戏化学习”“教育游戏”，布尔运算选择“OR”。由于教育游戏相关的系统综述还停留在2015年[6]，所以本文将检索时间确定为2016～2021年，共计六年时间，考虑到文章的质量，检索来源定为“北大核心”与“CSSCI”，检索结果返回了数百篇主题相近的学术文章，涉及的学科涵盖了医学、情报学、教育学、语言学、人工智能以及管理领域等，最终选取了89篇教育游戏主题相关的文章进行分析。

2 研究结果与内容分析

2.1 总体结果

从检索到的文献内容上看，笔者将这些文献的研究方向分为以下六类：文献综述类、理论探索类、游戏设计类、技术工具类、实证研究类以及调查分析类。文献综述类文献一般对国内外教育游戏文献进行整理和归纳，分析国内外教育游戏的理论动向、实践研究的重点领域、开发进展等。另外，此类文献有些采用元分析方法，收集教育游戏领域实证研究的数据进行量化分析，比较具有说服力。理论探索类文献主要探究教育理论与游戏理论，探究它们的起源、本质与发展。此类文献将教育理论结合相关游戏理论，从理论角度探讨怎样结合学习与游戏并做到平衡，帮助研究者与开发者将理论与游戏进行有机结合，研究涉及哲学、教育学、管理学、人工智能等各个领域。游戏设计类文献则是从开发实践入手，对教育游戏中的具体内容（包括如何设计游戏场景、教育内容、游戏任务、游戏体验、评价反馈等）进行研究与探索。同时也针对如何融合知识与应用知识，如何提高学生学习动机与兴趣，如何增加沉浸体验以及如何跟进学习评价反馈机制等进行细致的探究。技术工具类文献主要探索如何利用新兴科技产品开发教育游戏，或是研究教育游戏的技术路线，为教育游戏产品的设计与开发提供必要的技术支持。实证研究类文献往往在某个学科中进行展开，在学生中使用教育游戏进行干预，探索教育游戏的应用方法，使用量化研究呈现实际效果。或是针对具体的某类学生，开发专门的教育游戏进行干预，并对实证结果进行统计分析。调查分析类文献主要是通过问卷调查的方式，选择某类人群作为调查对象，调查他们对教育游戏接受程度或用户使用需求，或者研究教育游戏对某一领域中某一技能的训练效果以及在此领域中使用教育游戏的必要性。

从数量占比上看，上述六类文献的比例如图1所示，比例大致为：文献综述类占15%、理论探索类占21%、游戏设计类占28%、技术工具类占7%、实证研究类占20%、调查分析类占9%。理论探索、游戏设计和实证研究都是教育游戏领域当前的关注重点，而对于用户需求调查分析和教育游戏所需要的技术工具开发两方面的研究相对较少。从发表的时间趋势来看，如图2所示，除2018年教育游戏的相关论文发表较少以外，其他几年的发表数量都比较平均，说明教育游戏的研究在近几年热度依然很高，受到学界的广泛关注。

2.2 文献综述类

文献综述类文献对当前已有的研究进行整合归纳，可以很好地帮助研究者了解和把握当前学界的研究动态。学者李卓利用ERIC数据库对2011～2019年的外文化学教育游戏相关文献进行了整理归纳，按照游戏类别对近年来国外化学教育游戏的设计研究情况进行汇总和对比分析，总结出化学教育游戏对学生的影响[7]。学者曾嘉灵选取Web of Science数据库上的文章进行了分析，发现目前国际上教育游戏相关文献大多是实证研究，研究热点主要汇集在设计游戏环境、提升学习成效、提高学生动机、开发游戏化教学策略等。通过对国外教育游戏的研究进行分析，有助于国内研究者摸着石头过河，借鉴已有的研究方向和研究经验[8]。学者和文斌收集国内外文献，使用元分析方法研究了教育游戏对学生学习效果的影响。研究发现，基于教育游戏的教学法比传统教学方式对学生学习效果的整体影响更好，虽然影响水平较小。根据分析结果，作者针对未来教育游戏应当如何进行更好地应用提出了相应的建议[9]。总体来说，综述类文献认为在开发教育游戏时，应当深度关切如何给学习者提供优质的学习体验，并要尝试融合VR、AR、学习分析技术等新兴技术，在增强学生学习动机、培养学生核心素养的同时，配合人工智能技术，兼顾实现精准及时的学习评价以及实现学生的个性化学习。

2.3 理论探索类

理论探索类文献主要从教育游戏的本质和游戏学习理论出发，从各个教育理论展开研究，探讨教育与游戏的关系，探索如何将理论融入教育游戏中，指导教育游戏的开发。

从教育本质纵观教育游戏的起源与发展，学者裴蕾丝借助马克思的“三大社会形态”理论，解析了在社会行进到不同形态时，教育发展的深层需求[10]。她认为，我国教育与游戏的关系将长期处于以“物的依赖关系”为形态的商品经济社会中。对于我国布局教育游戏领域，她提出了几点建议，即发展教育游戏需要政策支持、注重基础科学研究、加大人才培养力度和鼓励教育游戏产业发展。然而，现如今电子游戏横行，有相当一部分家长和老师仍处于谈游戏而色变的阶段。游戏是一把“双刃剑”，学者赵永乐对教育游戏发展困难的原因进行了探索，他认为，当前阶段电子游戏研究的困局主要原因在于三点：基础理论研究仍显得稚嫩，电子游戏对使用者的作用仍有学术争议以及基础研究和社会现实脱节。而教育游戏的困局在于课堂上教育游戏的效果不稳定，因而难以实施[11]，课后教育游戏存在安全性与产品质量无法保证、竞争力不足的现象。基于此，作者认为应当重新规划教育游戏的研究方向，改进教育游戏的设计方法，化解学术争论并坚持正确立场，以求实务本的态度向公众逐步进行宣传，以一线教师和学生为目标对象设计高品质的教育游戏，加强对教育游戏的政府和市场监管[12]。学者蒋宇认为游戏来源于生活，所以游戏天然可以提供类似的学习环境，教育游戏为学生的问题解决与自主合作提供了空间，学生可以在游戏中开展探究式学习。他认为，游戏具有三层核心教育价值，即能够激发学生的学习动机、降低传统学习中的弱势感，提升学习自信和促进学生进行合作学习和主动学习。如果可以用教育游戏充分体现这三层教育价值，就可能多出了一条实现核心要素中“科学精神”的路径[13]。

虽然不同学者研究的理论不尽相同，但对于教育游戏的基本特征，各学者之间不约而同地都触及了以下三个方面：1） 兼顾游戏性与教育性，教育游戏既需要游戏性来保持学生的用户黏性和降低学生的学习压力，又要将知识巧妙地融合到游戏中，达到寓教于乐的目的；2） 利用教育游戏的游戏属性增强学习者的学习动机，培养学习者的学习态度，提高学习者的学习自信，降低学习者学习评价时的试错成本，维持学生积极的学习心态；3） 结合新兴技术，实现学生的多模态学习。当学生调动身体感觉参与学习，可以进一步地促进知识的同化与顺应，建立相关的认知图式，在身体运动的同时建构知识，培养高阶思维。

2.4 游戏设计类

近年来，学者对教育游戏设计方面的研究最为关注，在所有种类的文献中占比最大。从实现教育性与游戏性的深度融合，到游戏内容、游戏场景、游戏机制、游戏规则、体感操作等角度的设计方式都有所关注。

石晋阳根据游戏化的DMC系统，即动力（Dynam? ics）、机制（Mechanics）和组件（Components），对教育游戏化的动力结构模型进行了尝试性的构建[14]。他认为，教育游戏的基本动力结构应该以游戏的元素结构为基础，由规则、情感、关系、进阶、叙事等五个元素有机组合成基本的学习动力。他从学习者的心理需求出发，认为游戏设计策略具有五点要素，分别是目标规则明确化、参与主体情感化、学习关系社交化、学习进阶可视化和教育过程叙事化。这种设计策略可以為学生设计情境化学习环境，教师可以根据实际需要在教育情境中或教学设计中进行灵活运用。

朱云基于乐趣理论，通过对游戏规则、机制和乐趣三者的因果关系的分析，探索了简单规则下游戏的乐趣设计[15]。首先，规则作为游戏的本质特征，需要公开、公平、一致，但仅仅依靠规则无法使游戏更加有趣。其次，游戏还需要通过机制的有效运行来保障乐趣的产生，也就是通过游戏设计，将游戏乐趣的组成元素融入游戏过程中，让学习者可以在游戏过程中学习知识，感受乐趣。王悦通过分析游戏的反馈奖励机制，建立了游戏奖励二维模型，对教育游戏奖励反馈系统的研究进行了丰富[16]。模型分为形态和效果两个维度，将游戏奖励分为四种类型：可玩有形奖励、可玩无形奖励、体验有形奖励和体验无形奖励。研究发现，四种奖励类型均可以给学生带来很强的愉悦度，对帮助学生发展高阶情绪智力与情感体验也有较好的正向作用。

但令人遗憾的是，目前教育游戏的设计理论体系并不完备，游戏内容与场景的开发框架也并不统一，教育游戏的设计与开发还需要研究者与开发者进一步地完善和规范。

2.5 技术工具类

目前，随着科技的进步，游戏一般采用各种成熟的游戏引擎进行开发，配置成熟的游戏载体，最终提供给用户使用。杜丙新在教育游戏中创新性地使用了摄像头交互方式，促进玩家的身体运动参与，同时也增加了游戏趣味，吸引玩家在游戏中进行探索[17]。基于摄像头的交互是通过摄像头获取动作信息，机器使用算法分析来实现用户人机交互。作者调用OpenCV视觉库的图像处理算法，基于Flash制作了一个儿童外语学习教育游戏，通过用摄像头识别儿童的手势给儿童相应的学习反馈，验证了此类游戏开发的可行性。

利用VR技术开发的教育游戏，场景环境的空间感可以大大加强，使用者也可以获得高质量的沉浸体验。但是优秀的VR场景需要使用强大的设计软件来进行游戏场景与动画的制作。例如Maya是一款专业的3D建模软件，可以用来辅助VR教育游戏的开发。该软件可以支持高品质的特效处理、场景建模、动画渲染等。它结合了Alias的数字动画技术，在动作捕捉等领域具有一流的水平。而Virtools是新出现的人机交互软件，其应用程序凸显了强大的3D交互功能，开发人员通过构建各种应用模块，对游戏者的多模态进行模拟，可以实现交流、触碰、感知等效果。VR技术可以弥补传统教育因为场景缺失所造成的临场感缺失，研究者可以运用VR技术在教育游戏中创造各种在真实世界中难以模拟或遇见的场景，从而进行更加多元化的应用，创造多样化学习资源，赋能新式教育场景[18]。

2.6 实证研究类

许多研究者将已经开发好的教育游戏应用到某个相关领域中进行应用，考察教育游戏的效果。当然，由于教育游戏发展不够成熟，也有的研究者自己开发所需的教育游戏并进行实证研究。从学习者来看，有一些教育游戏旨在寓教于乐，成为课后能与课堂教学有效衔接的练习，培养学生的学习兴趣。例如《怪兽消消》这款教育游戏模仿了市面上的消除类电子游戏，同时添加了一些卡通元素，保留了游戏性[19]。在游戏中，小学生可以通过背景设置和玩法设置对20 以内的加减法进行练习，也设置了许多关卡进行闯关，增加挑战性。整个游戏也提供了视觉、听觉、触觉等多种模态与学生进行交互。游戏关卡遵循由简到难的原则，符合小学生的学习规律和认知规律。另外，有许多教育游戏为科普游戏，其目的是向公众普及知识，增进大众的科学素养。例如有医学研究者为了加强民众对传染病的防治观念，开发了预防登革热的教育游戏，并且使用德尔菲法进行相应的游戏评估，对游戏产品进行迭代升级[20]。另外，基于开发引擎和游戏逼真的场景，教育游戏也为很多领域的技能培训提供了应用情境。李昌秀等人通过Unity 3D开发教育游戏，应用于本科学生的创伤现场救护训练。游戏提供了需要急救的场景，锻炼学生对创伤现场救护理论知识的掌握和运用，丰富了教学内容和教学方式，也为后续的教学提供了全新的教学思路和教学资源[21]。

2.7 调查分析类

这类文献主要是面向各类群体进行调查分析，明确各类群体的需求以及对待教育游戏的态度，为教育游戏的开发与市场化做铺垫。例如赵永乐通过调查数据建立技术路径模型，发现教师对使用教育游戏持理性和接受的态度，并且教育游戏的有用性会对教师使用教育游戏态度产生较大的影响[22]。如果教师的个人态度较为客观，且某款教育游戏对促进学生的学习效果切实可行，那么教师会愿意尝试更多地使用教育游戏。同时，对于教育游戏的有用性，教师的观点主要集中在“提升成绩”和“促进管理”两方面，这也反映了一线教师的工作难点。王春丽等人立足于学习者，探究了学习者对游戏化元素的偏好[23]。研究将游戏化元素分为动力类、机制类和组件类，并设计了有趣性、重要性、有用性作为偏好指标。采取量化研究后发现：学习者对三类游戏化元素的整体认可度在统计学水平上没有差异，但在具体偏好上来说，对动力类元素偏好其重要性，对机制类元素偏好其重要性和有用性，对组件类元素偏好其有趣性。根据研究结果，她倡导课程设计者要根据在线学习的内容进行合理的设计与考量，选择所需的游戏元素。

3 教育游戏发展难点与未来建议

近年来，教育游戏在各领域的研究取得了大量的成果，海量教育游戲应用软件开发问世，不断地发挥影响。从理论方面来看，研究者对于心流理论、情景式学习、具身认知理论等一系列教育理论能够融入教育游戏没有异议。但是如何能做到结合学习理论和游戏理论，如何基于游戏过程设计教育任务，引导学习者的认知与思维发展，目前还没有成熟的理论体系。从游戏设计方面来看，很多学者立足于自己的研究领域，选择相应的受众作为被试，研发和使用相应的教育游戏，促使诞生了一些优秀的教育游戏产品。但大多数情况下，游戏的开发者与使用游戏的研究者并不相同，导致教育游戏的游戏性与教育性不协调，游戏出现可玩性较差，不利于学习者探索或者教育性不足的尴尬现象。这就是目前市场上教育游戏无法与商业游戏相抗衡的症结所在。从游戏使用方面来看，知识管理的欠缺和知识复用的缺乏是两个较大的弊端。当前一部分教育游戏的内容与机制从开发时就已经固定，难以进行软件的升级换代和内容的推陈出新，加大了教育游戏推广的难度，对游戏的开发效率也提出了更高的要求，造成恶性循环。游戏推广方面，虽然部分教师和家长已经能够理性看待教育游戏，但是教育游戏的本质依旧是游戏，大部分教师与家长仍持怀疑态度。

基于此，本文认为，未来开展教育游戏相关研究时应聚焦以下四个方面：

1） 加快跟进教育游戏理论研究，完善教育游戏理论体系。只有形成了完善、公认的教育游戏理论体系，才能够更统一地指导教育游戏的开发与应用研究。

2） 加强游戏开发者与教育研究者联动，促进教育性与游戏性相融合。教育游戏的游戏开发不能够是开发者或教育研究者单打独斗，否则游戏性过高，家长易视其为洪水猛兽；抑或是教育性过强，对学生的吸引力很低。教育游戏设计模板的缺乏敦促研究者尽快合作钻探，形成教育游戏的开发范式，消除教育游戏开发方面群龙无首的现象。

3） 重视教育游戏的知识管理与知识复用。教育游戏不仅要教会学生知识，还要教会学生知识管理的能力，帮助学生进行知识积累、知识复用、知识创新。因此，需要优化教育游戏在这方面的设计。

4） 扶持推广教育游戏，逐步消解公众疑虑。电子游戏对公众的影响有目共睹，同样，推广教育游戏也不是一蹴而就的。并不是所有的教育游戏都适合在课堂中使用，首先应该推广公益科普性质的教育游戏，在非正式学习的环境下进行使用，但不能使其成为学生课余的负担。然后结合具体教学情境，合理地使用教育游戏，逐步进行推广。

4 小结

目前，我国教育游戏的研究主要集中在理论探索、游戏设计和实证研究三个部分，正处于高速发展的阶段。尽管研究也面临着诸多挑战，诸如理论体系不够健全、游戏质量无法保证、游戏推广困难重重等，但已有研究的相关经验依然值得参考。教育游戏研究者需要凝聚游戏开发者与一线教师的力量，兼顾正式学习与非正式学习的试验场，努力形成跨学科协同研究团队，并与政府机构、游戏公司等合作，开发出学生喜欢、学校易用、家长欢迎的教育游戏，以真正地让教育游戏服务于学生、服务于知识、服务于社会。